一种复杂稳定声场声压测试装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型一种复杂稳定声场声压测试装置，涉及一种声学测试装置，包括整个装置运动的驱动机构I、声学探头阵列升降及旋转驱动机构II，声学探头阵列伸缩驱动机构III、声学探头阵列IV、声学探头阵列测试通道校正驱动机构V、声源参考位置测量柱VI、点声源标准声波发生器VII，是一种小型、轻量化的声压测试装置，该装置安装与调试都比较简单，测量时可以减少大量的人力与物力，可以减轻人们的劳动强度，能提高测量数据的精度，同时特别能适合于大型复杂稳定声场的现场作业。
【专利说明】
-种复杂稳定声场声压测试装置
技术领域
[0001] 本实用新型设及一种声学测试装置，特别是一种用于复杂稳定声场声压测试的新 装置。
【背景技术】
[0002] 近场声全息技术是近年来声学研究的前沿，通过近场声全息技术(NAH)，可W较精 确地进行声源识别和定位，运用运种技术可W实现近场声场重建与可视化，因此，NAH技术 的研究对于抑制噪声污染具有非常重大的意义，NAH技术的关键是如何测得全息面上的声 压分布，而现有的测试装置都比较笨重，调试安装都非常麻烦，工作量非常大，需要大量的 人力与物力，而且测试结果一般不能现场完成，需要回到实验室进行处理，因此有必要发明 一种小型，轻量化的新型声压测试新装置，该装置在相应的智能控制系统(不是本实用新型 的重点，运里不详细说明，见与本实用新型同日申请的该装置的智能控制系统）的控制下， 能自动调试，自动校正，自动测试，自动计算结果，W减少大量的人力与物力，减轻人们的劳 动强度，同时特别能适合大型复杂稳定声场的现场作业。
【发明内容】
[0003] 本实用新型的目的是提供一种小型、轻量化的新的声压测试装置，该装置安装与 调试都比较简单，测量时可W减少大量的人力与物力，可W减轻人们的劳动强度，能提高测 量数据的精度，同时特别能适合现场作业。
[0004] 为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是:该装置包括整个装置运动的驱 动机构I、声学探头阵列升降及旋转驱动机构II，声学探头阵列伸缩驱动机构III、声学探头 阵列IV、声学探头阵列测试通道校正驱动机构V、声源参考位置测量柱VI、点声源标准声波 发生器VII。所述整个装置运动的驱动机构I包括底座，底座下设有驱动轮和万向轮，在底座 上设有电器控制箱，底座正中央处通过轴承套VIII与声学探头阵列升降及旋转驱动机构II 的滑槽I相连，所述声学探头阵列升降及旋转驱动机构II包括滑槽I，装在滑槽I内的齿条I， 在滑槽I靠近下端处设有步进电机D5,步进电机D5通过齿轮I与齿条I相连，滑槽I上还设有 测距激光发射器II，滑槽I的最下端通过齿轮副C与步进电机D4相连，齿条I上端靠近末段 处设有测距激光接收器II，齿条I的末端设有螺孔I，通过螺栓与声学探头阵列伸缩驱动机 构ΠI的滑槽II相连;所述声学探头阵列伸缩驱动机构III，包括滑槽II，装在滑槽II内的齿 条II，在滑槽II的左端设有螺孔，通过螺栓与声学探头阵列升降及旋转驱动机构II的齿条I 连，滑槽II左端设有步进电机D6，通过齿轮II与齿条II相连，齿条II的右端设有螺孔II，通 过螺栓与声学探头阵列主固定臂相连，滑槽II左端还设有测距激光发射器III，齿条II右端 设有测距激光接收器III。
[0005] 本实用新型进一步技术方案:所述声学探头阵列IV包括声学探头阵列主固定臂， 声学探头阵列主固定臂的下端设有螺孔，通过螺栓与声学探头阵列伸缩驱动机构III的齿 条II相连，声学探头阵列主固定臂上设有螺孔，通过螺栓与多条声学探头阵列分固定臂相 连，声学探头阵列分固定臂的一端设有螺孔，通过螺栓与声学探头阵列主固定臂相连，声学 探头阵列分固定臂上设有固定声学探头的通孔，声学探头阵列主固定臂中下部位置通过螺 孔与螺栓与声学探头阵列测试通道校正驱动机构支撑支架相连，该支撑支架，在通道校正 时连上，在声压实测时，不连支撑支架，声学探头阵列主固定臂中下部位置还设有用于检测 声学探头阵列主固定臂是否与声学探头阵列测试通道校正驱动机构支撑支架相连的位置 传感器K1，声学探头阵列主固定臂的中部设有一个通孔，用于测试通道校正时固定声源参 考位置声学探头，同时通孔内设有一个用于检测声源参考位置声学探头是否位于声学探头 阵列主固定臂的通孔内的位置传感器K3。
[0006] 本实用新型更进一步技术方案:所述声学探头阵列测试通道校正驱动机构V包括 方型框架和标准声波产生器Ξ维运动控制机构，方型框架左右两条边内侧设有滑槽III，所 述标准声波产生器Ξ维运动控制机构包括使标准声波产生器做上下运动的横杆，横杆左右 两端分镶嵌于方型框架左右两条边的滑槽III内，横杆中部设有通孔，通过轴承套IV与丝杆 I相连，丝杆I下端通过轴承套ΠΙ与方型框架的下边相连，并且穿过方型框架的下边与齿轮 畐化相连，丝杆I上端通过轴承套V与方型框架的上边相连，方型框架下边还设有步进电机 D8，通过齿轮副F与丝杆I相连，横杆横向中央设有滑槽IV，滑槽IV内设有丝杆II，丝杆II左 右端分别通过轴承套I、轴承套VI与横杆两侧端相连，横杆左端设有步进电机D7,通过齿轮 畐化与丝杆II相连，另外丝杆II还通过轴承套νπ与控制声波产生器做平面运动的小车相 连。
[0007] 本实用新型更进一步技术方案:所述的控制声波产生器做平面运动的小车包括纵 向杆，纵向杆一端设有轴承套VII与丝杆II相连，纵向杆纵向中央设有滑槽V，滑槽V内设有 丝杆III，丝杆III两端通过轴承套IX、轴承套II与纵向杆两端相连，丝杆III还通过轴承套 (图中未画出）与标准声波产生器相连，纵向杆前端还设有步进电机D9,通过齿轮副Ε与丝 杆ΠΙ相连。
[0008] 本实用新型更进一步技术方案:所述整个装置运动的驱动机构I的底座下其中一 个驱动轮附近设有驱动其运动的步进电机D1，步进电机D1通过齿轮副A与该驱动轮相连，底 座下的另一个驱动轮的一侧设有驱动其运动的步进电机D2,步进电机D2通过齿轮副B与该 驱动轮相连，底座一侧还设有控制其运动方向的电磁检测机构，底座上设有一个步进电机 D3，通过齿轮与量角器传感器I相连，量角器传感器I上设有测距激光接收器I。
[0009] 本实用新型更进一步技术方案:所述的声源参考位置测量柱VI包括拉伸杆、支撑 杆、声源参考位置测量柱基座，支撑杆一端与声源参考位置测量柱基座相连，另一端与拉伸 杆相连，拉伸杆上设有通孔，用于固定声源参考位置声学探头，通孔中还设有一个用于检测 声源参考位置声学探头是否位于声源参考位置测量柱VI的位置传感器K2,支撑杆上还设有 紧固螺栓，用于固定拉伸杆，声源参考位置测量柱基座上设有步进电机D10,步进电机D10通 过齿轮与量角器传感器II相连，量角器传感器II上设测距的激光发射器I。
[0010] 本实用新型更进一步技术方案:所述的标准声波发生器包括基体、压电片、吸声 筒、声学探头固定弹性橡胶圈，压电片与外加激励信号相连，吸声筒位于基体内，吸声筒上 端贴近压电片，下端与声学探头固定弹性橡胶圈相连点声源标准声波发生器包括一只特制 的扬声器。
[0011] 由于采用上述结构，本实用新型一种复杂稳定声场声压测试新装置具有W下有益 效果：
[0012] (1)装置简单、轻巧，调试方便。
[0013] 本实用新型一种复杂稳定声场声压测试装置，结构很简单，也很轻巧，克服了 W住 装置中笨重的缺点，只需简单安装后，后面所有的定位与测试都是在控制系统的控制下(不 是本实用新型的重点，在此不做详细描述）自动进行，不需要人工干预，可W大大节省人力 物力，减轻人们的劳动强度，特别是在大型、多点测试的复杂稳定声场中更加明显。
[0014] (2)能使测试数据更加精确，可靠。
[0015] 本实用新型一种复杂稳定声场声压测试装置，由于大部分工作不需人工干预，减 少了人为误差，所W使测试的数据更加可靠，精确。
[0016] 下面结合附图和实施例对本实用新型种一种复杂稳定声场声压测试装置进一步 说明。
【附图说明】
[0017] 图1是本实用新型一种复杂稳定声场声压测试装置主体结构示意图；
[0018] 图2是是本实用新型一种复杂稳定声场声压测试装置去掉声学探头阵列测试通道 校正驱动机构结构主视方向示意图；
[0019] 图3是本实用新型一种复杂稳定声场声压测试装置去掉声学探头阵列测试通道校 正驱动机构结构左视方向示意图；
[0020] 图4是本实用新型一种复杂稳定声场声压测试装置声学探头阵列测试通道校正驱 动机构结构示意图；
[0021] 图5是本实用新型一种复杂稳定声场声压测试装置声学探头阵列测试通道校正驱 动机构中步进电机D7与丝杆II 23连接侧视方向示意图；
[0022] 图6是本实用新型一种复杂稳定声场声压测试装置声学探头阵列测试通道校正驱 动机构中步进电机D8与丝杆I 21连接俯视方向示意图；
[0023] 图7是本实用新型一种复杂稳定声场声压测试装置声学探头阵列测试通道校正驱 动机构中步进电机D9与丝杆II132连接主视方向示意图；
[0024] 图8是本实用新型一种复杂稳定声场声压测试装置声源参考位置测量柱结构示意 图；
[0025] 图9是本实用新型一种复杂稳定声场声压测试装置标准声波发生器示意图；
[0026] 图10是本实用新型一种复杂稳定声场声压测试装置点声源标准声波生器示意图；
[0027] 图11是本实用新型一种复杂稳定声场声压测试装置标准声波发生器阵列示意图；
[0028] 图12是本实用新型一种复杂稳定声场声压测试装置另一种声学探头阵列结构示 意图；
[0029] 图13是本实用新型一种复杂稳定声场声压测试装置整个装置从原点到达待测全 息面处的示意图。
[0030] 主要元件标号说明：1-驱动轮、2-底座、3-量角器传感器I、4-测距激光接收器I、5- 电器控制箱、6-现鹏激光发射器II、7-滑槽I、8-齿条I、9-测距激光接收器II、10-螺孔I、11- 测距激光发射器III、12-滑槽II、13-齿条II、14-测距激光接收器III，15-螺孔II、16-声学 探头阵列主固定臂、17-声学探头阵列分固定臂、18-声学探头、19-声学探头阵列测试通校 正驱动机构支撑支架、20-方型框架、21-丝杆I、22-横杆、23-丝杆II、24-纵向杆、25-标准声 波产生器、26-齿轮I、27-齿轮副A、28-齿轮副B、29-齿轮11、30-万向轮、31-齿轮副0、32-丝 杆111、33-轴承套1、34-齿轮副0、35-轴承套11、36-齿轮副6、37-轴承套111、38-齿轮副尸、 39-固定螺栓、40-量角器传感器II、41-测距激光发射器I、42-支撑杆、43-拉伸杆、44-声源 参考位置声学探头，45-声源参考位置测量柱基座、46-通孔、47-轴承套IV、48-轴承套V、 49-轴承套VI、50-轴承套VII、51-轴承套VIII、52-滑槽III、53-滑槽IV、54-滑槽V、55-轴承 套IX、56通孔、57-电磁检测机构、58-吸声筒、59-探头固定弹性橡胶圈、60-压电片、61-基 体、62-点声源标准声波发生器。
【具体实施方式】
[0031] 如图1至图10所示，本实用新型一种复杂稳定声场声压测试装置，该装置包括整个 装置运动的驱动机构I、声学探头阵列升降及旋转驱动机构II，声学探头阵列伸缩驱动机构 III、声学探头阵列IV、声学探头阵列测试通道校正驱动机构V、声源参考位置测量柱VI、点 声源标准声波发生器VII。所述整个装置运动的驱动机构I包括底座2、底座2下设有驱动轮1 和万向轮30,在底座2上设有电器控制箱5,电器控制箱5用于放置控制电路板，底座2正中央 处通过轴承套VIII51与声学探头阵列升降及旋转驱动机构II的滑槽I 7相连，所述声学探 头阵列升降及旋转驱动机构II包括滑槽I 7,装在滑槽I 7内的齿条I 8,齿条I 8沿滑槽I 7 可W在滑槽I 7内做上下运动，在滑槽I 7靠近下端处设有步进电机D5,步进电机D5通过齿 轮I 26与齿条I 8相连，电机D5做正反转运动时，通过齿轮I 26把力传递给齿条I 8,带动齿 条I 8做上下运动，从而可W带动声学探头阵列IV上升或下降，滑槽I 7上还设有测距激光 发射器II 6,滑槽I 7的最下端通过齿轮副C31与步进电机D4相连，齿轮副C31中一个齿轮与 滑槽I 7相连，另一个齿轮与步进电机D4相连，步进电机D4做正反转运动时，通过齿轮副C31 把力传递给滑槽I 7,使滑槽I 7能左右旋转，从而带动声学探头阵列IV转动，可W调整声学 探头阵列IV的方位，齿条I 8上端靠近末段处设有测距激光接收器II 9,测距激光发射器II 6与测距激光接收器II 9的配合，主要是用来测量齿条I 8上升或下降的距离，即测量声学 探头阵列IV上升或下降的距离，齿条I 8的末端设有螺孔I 10,通过螺栓与声学探头阵列伸 缩驱动机构ΠI的滑槽II 12相连;所述声学探头阵列伸缩驱动机构III，包括滑槽II 12，装 在滑槽II 12内的齿条II 13,齿条II 13可W在滑槽II 12内做前伸或后缩运动，在滑槽II 12的左端设有螺孔，通过螺栓与声学探头阵列升降及旋转驱动机构II的齿条I 8相连，滑槽 II 12左端设有步进电机D6,通过齿轮II 29与齿条II 13相连，步进电机D6做正反转运动 时，通过齿轮II 29把力传递给齿条II 13,驱动齿条II 13前伸或后缩，从而带动声学探头 阵列IV的前伸或后缩，齿条II 13的右端设有螺孔II 15,通过螺栓与声学探头阵列主固定 臂16相连，滑槽II 12左端还设有测距激光发射器11111，齿条II 13右端设有测距激光接收 器11114,测距激光发射器mil与测距激光接收器III14的配合，主要用来测量齿条II 13 前伸或后缩的距离，即测量声学探头阵列IV的前伸或后缩的距离。
[0032] 所述声学探头阵列IV包括声学探头阵列主固定臂16,声学探头阵列主固定臂16的 下端设有螺孔，通过螺栓与声学探头阵列伸缩驱动机构ΠΙ的齿条II 13相连，声学探头阵 列主固定臂16上设有螺孔，通过螺栓与多条声学探头阵列分固定臂17相连，声学探头阵列 分固定臂17的一端设有螺孔，通过螺栓与声学探头阵列主固定臂16相连，声学探头阵列分 固定臂17上设有固定声学探头18的通孔，声学探头阵列主固定臂16中下部位置通过螺孔与 螺栓与声学探头阵列测试通道校正驱动机构支撑支架19相连，该支撑支架，在通道校正时 连上，在声压实测时，不连支撑支架，声学探头阵列主固定臂16中下部位置还设有用于检测 声学探头阵列主固定臂16是否与声学探头阵列测试通道校正驱动机构支撑支架19相连的 位置传感器K1，声学探头阵列主固定臂16的中部设有一个通孔46,用于测试通道校正时固 定声源参考位置声学探头44,同时通孔内设有一个用于检测声源参考位置声学探头44是否 位于通孔46内的位置传感器K3,声学探头18主要用于检测声学信号，其输出接控制系统中 声学测试通道单元中放大单元(运里主要是描述测试装置，控制系统运里不详细描述）。
[0033] 所述声学探头阵列测试通道校正驱动机构V包括方型框架20和标准声波产生器Ξ 维运动控制机构，方型框架20左右两条边内侧设有滑槽11152,所述标准声波产生器Ξ维运 动控制机构包括使标准声波产生器25做上下运动的横杆22,横杆22左右两端分镶嵌于方型 框架20左右两条边的滑槽III52内，横杆22中部设有通孔，通过轴承套IV47与丝杆I 21相 连，丝杆I 21下端通过轴承套III37与方型框架20的下边相连，并且穿过方型框架20的下边 与齿轮副F38相连，丝杆I 21上端通过轴承套V48与方型框架20的上边相连，方型框架20下 边还设有步进电机D8,通过齿轮副F38与丝杆I 21相连，齿轮副F38中一个齿轮与步进电机 D8相连，一个齿轮与丝杆I 21相连，步进电机D8做正反转运动时，可W通过齿轮副F38把力 传给丝杆I 21，带动丝杆I 21运动，从而带动横杆22做上下运动，横杆22横向中央设有滑槽 IV53,滑槽IV53内设有丝杆II 23,丝杆II 23左右端分别通过轴承套I 33、轴承套VI49与横 杆22两侧端相连，横杆22左端设有步进电机D7，通过齿轮副D34与丝杆II 23相连，另外丝杆 II 23还通过轴承套VII50与控制声波产生器做平面运动的小车相连，齿轮副D34中的一个 齿轮与步进电机D7相连，另一个齿轮与II 23相连，步进电机D7做正反转运动时，通过齿轮 畐化34把力传递给丝杆II 23,带动丝杆II 23运动，从而带动控制声波产生器做平面运动的 小车做横向运动。
[0034] 所述的控制声波产生器做平面运动的小车包括纵向杆24,纵向杆24-端设有轴承 套VII50与丝杆II23相连，纵向杆24纵向中央设有滑槽V54，滑槽V54内设有丝杆II132，丝杆 II132两端通过轴承套1X55、轴承套1135与纵向杆24两端相连，丝杆II132还通过轴承套（图 中未画出）与标准声波产生器25相连，纵向杆24前端还设有步进电机D9,通过齿轮副E36与 丝杆III32相连，齿轮副E36中一个齿轮与步进电机D9相连，另一个齿轮与丝杆III32，步进 电机D9做正反运动时，通过齿轮副E36把力传递给丝杆11132,带动丝杆11132,从而带动标 准声波产生器25做纵向运动。
[0035] 所述整个装置运动的驱动机构I的底座2下其中一个驱动轮1附近设有驱动其运动 的步进电机D1，步进电机D1通过齿轮副A27与该驱动轮1相连，齿轮副A27中一个齿轮与步进 电机D1相连，另一个齿轮与驱动轮1相连，通过齿轮副A27,步进电机D1把力传递给驱动轮1， 使其运动，底座2下的另一个驱动轮1的一侧设有驱动其运动的步进电机D2,步进电机D2通 过齿轮副B28与该驱动轮1相连，齿轮副B28中一个齿轮与步进电机D2相连，另一个齿轮与另 一个驱动轮1相连，通过齿轮副B28,步进电机D2把力传递给驱动轮1，使其运动，底座2-侧 还设有控制其运动方向的电磁检测机构57,底座2上设有一个步进电机D3,通过齿轮与量角 器传感器I 3相连，量角器传感器I 3上设有测距激光接收器I 4,步进电机D2的旋转运动可 W量角器传感器I 3运动，从而带动测距激光接收器I 4运动。
[0036] 所述的声源参考位置测量柱VI包括拉伸杆43、支撑杆42、声源参考位置测量柱基 座45，支撑杆42-端与声源参考位置测量柱基座45相连，另一端与拉伸杆43相连，支撑杆42 是一个空屯、圆形筒，位伸杆43-端插入支撑杆42内，可W上下拉伸，拉伸杆43上设有通孔 56,用于固定声源参考位置声学探头44,通孔56中还设有一个用于检测声源参考位置声学 探头44是否位于声源参考位置测量柱VI的位置传感器K2,支撑杆42上还设有紧固螺栓39， 用于固定拉伸杆42,声源参考位置测量柱基座45上设有步进电机D10,步进电机D10通过齿 轮与量角器传感器Π 40相连，量角器传感器1140上设测距的激光发射器I 41，步进电机DI0 的运动可W带动量角器传感器II 40,从而可W带动测距的激光发射器I 41运动，激光发射 器I 41与测距激光接收器I 4,可W测量声源参考位置与待测声学全息处测试装置底座2中 屯、处的距离，量角器传感器I 3与量角器传感器II 40,可W测方位;所述的标准声波发生器 25包括基体61、压电片60、吸声筒58、声学探头固定弹性橡胶圈59,其中压电片60,在外加激 励信号作用，产生声波，吸声筒58位于基体61内，吸声筒58上端贴近压电片60,下端与声学 探头固定弹性橡胶圈59相连，吸声筒58是由吸声材料做成，可W防止声波的反射，声学测试 时即通道校正测试时，套在声学探头上，声学探头固定弹性橡胶圈59,在做声学测试，固定 声学探头，并且起密封作用，点声源标准声波发生器62包括一只特制的扬声器，在外加激励 信号作用下产生声源。
[0037] 作为一种变换形式所述的标准声波发生器也可W用标准声波发生器阵列，如图 11，运样在测试通道校正时，校正时间更短，但必须要求阵列中每一个标准声波发生器的性 能是一样的，另外图12的是本实用新型另外一种声学探头阵列结构示意图，该声学探头阵 列的分固定臂是球弧形的，特别适合球面波的测量，因此并不限于上述实例中所列举的形 式，只要在本实用新型的范围内所做的变换都属于本实用新型的范畴，另外图13是本实用 新型一种复杂稳定声场声压测试装置整个装置从原点到达待测全息面处的示意图。
[0038] 本实用新型之一种复杂稳定声场声压测试装置的智能控制系统(不是本实用新型 的重点，运里只是简要说明）包括W下模块:控制中屯、模块、附属模块、与上机接口模块、电 磁检测模块、测距模块、声压测试计算模块、整个装置运动驱动模块、声学探头阵列升降及 旋转驱动模块、声学探头阵列伸缩驱动模块、声学探头阵列测试通道校正驱动机构驱动模 块，信息输入显示模块，其控制过程为，系统上电，首先进行控制中屯、模块初始化，然后判初 始化是否成功，如不成功，则判断是否超时，如不超时，则继续判断初始化是否成功，如超时 则显示系统错误，如果初始化成功，则控制中屯、模块向各分模块发出初始化命令并发出应 答确认信号，然后判断是否收到全部应答信号，如没有全部收到，则判断初始化是否超时， 如超时，则显示系统错误，如不超时，则继续判断是否收到全部应答信号，如收到，则进入系 统就绪，可W进行声压测试，给出"请输入声源参考位置及待测声学全息面中屯、点坐标的提 示"，然后判断是否有上位机坐标数据输入，如果没有，就判断信息显示输入模块是否有坐 标输入，如有，则进入声学探头阵列坐标定位分流程，如没有，则继续判断上位机是否有坐 标数据输入，如果上位机有坐标输入，则也进入声学探头阵列坐标定位分流程，声学探头阵 列坐标定位分流程结束后，则进入声压测试计算分流程，声压测试计算分流程结束后，则判 断测试任务是否结束，如结束，则任务结束，如还有进入下一个测点，则返回到判断上位机 是否有坐标数据输入，进入下一次测试任务。
[0039] 所述声学探头阵列坐标定位分流程控制过程为，首先是声源参考位置及待测量声 学全息面中屯、处坐标输入，通过运两个坐标加上装置的尺寸求出待测处装置底座2中屯、点 所在的坐标，然后判断声源参考位置测量柱VI是否位于声源参考位置，如不是，给出"请把 声源参考位置测量柱置于声源参考位置"的提示信息，同时再次判断声源参考位置测量柱 是否位于声源参考位置，如是，则判断从声源参考位置到待测处底座2中屯、点所在的坐标之 间的电磁细导线是否架设好，如没有，则给出"请钱铺设电磁细导线"的提示信息，如架设好 了，请判断整个测试装置是否位于声源参考位置，如不是，则利用附属模块中的遥控操作手 柄输入信号驱动步进电机D1，D2来驱动整个测试装置到达待测声学全息面附近的位置，如 是，则判断是否有遥控手柄信号输入，如有则利用附属模块中的遥控操作手柄输入信号驱 动步进电机D1，D2使整个测试装置到达待测声学全息面附近位置，如没有，系统则根据电 磁检测模块反馈回来的信号自动驱动步进电机D1，D2使整个测试装置到达待测声学全息面 附近位置，然后驱动步进电机D3、D10带动量角器传感器I 3、量角器传感器1140转动，量角 器传感器I 3上的测距激光接收器I 4、量角器传感器II 40上测距距激光发射器I 41都随 之转动，使测距激光发射器I 41的信号能被测距激光接收器I 4接收，测出声源参考位置与 整个装置底盘中屯、处的距离，加上量角器传感器I 3、量角器传感器II 40的角度，测出方 位，再加上声源参考位置的坐标W及装置的尺寸，通过空间坐标变换公式计算出待测声学 全息中屯、处坐标，然后判断待测声学全息中屯、处坐标与设定的的相同吗，如相同则结束，如 不相同，则通驱动步进电机D3调整声学探头阵列的方位，通过驱动步进电机D4调节声学探 头阵列IV的高度，通过驱动步进电机D5调节声学探头阵列前伸后缩的长度，对坐标进行校 正，如果还达不到要求，再适当通过驱动步进电机D1、D2再一次校正，使待测声学全息面中 屯、处坐标与设定坐标的相同，在步进电机D4、D5工作的同时，测距激光II发射器、测距激光 II接收器、测距激光ΠI发射器、测距激光ΠI接收器也开始工作，对高度、长度进行测量。
[0040] 所述压测试计算步骤分流程为，在声学探头阵列坐标定位分流程结束后进入该流 程，该流程的第一步是进入测试通道校正步骤分流程，测试通道校正步骤分流程结束W后， 声压测试计算模块中高速多支路选择开关指向点声源标准声波发生器62,然后判断声源参 考位置声学探头44是否回到声源参考位置测量柱VI，如不是，则给出"请放回的"提示信息， 如是，则声压测试计算模块的内部控制单元送出一个标准频率控制字，该信号产生一个标 准声波信号，该信号式
（运里为了便于说明没有对信号进行功率放大，信号放 大，只是加了一个系数，算法是一样的，式中k为波数，r为声传播的距离），然后启动f+1路测 试通道，其中第f路接声源参考位置测试通道，每一路测试通道测试N个数据，然后用标准声 波信?
的离散值作为自适应算法的参考输入，标准声波信号加背景噪声信号y = u+noise的离散值，即每一个测试通道采集输出的信号作为自适应算法的源信号输入，确 定步长与自适应算法权值的初值，利用自适应算法公式得出的误差信号e(n)就是每一个测 试通道的背景噪声noise的离散值noisei(n)，其中1为0至化，η为0到N，然后关闭声压测试计 算模块中DDS输出通道，进行声压实测，在同步脉冲的工作下，每一个测试通道采集Ρ组数据 XFK(n)，每一组Ν个数据，如果运Ρ组数据是在相同环境下测量Ρ次所得，则uu = 0,如果是一次 采集中测量P组数据，则uu = l，其中F的范围为〇-f，K为1到p，n为0到N，然后进入实测声压 计算步骤分流程，实测声压计算步骤分流程结束后，则声压测试计算分流程结束。
[0041] 所述测试通道校正步骤分流程，该流程的控制过程步骤为:输入声学探头阵列的 行数与列数W及声学探头的个数f+l，W及需要校正的频率个数h，并置变量F = f，T = h，然 后判断声源参考位置声学探头44是否位于声学探头阵列IV主固定臂16的标定处通孔46处， 如不是，给出"请置于标定处"的提示信息，如是，则判断标准信声波产生器25是否位于初始 位置处，如不是，通过声学探头阵列测试通道校正驱动机构V使标准声波产生器25位于初始 位置，然后再判断，如是，则声压测试计算模块的内部控制单元向声压测模块中DDS接口单 元、测试通道单元，标准声波产生单元等相关单元发出应答确认信号，然后判断是否收到全 部应答信号，如不是，则判断是否多次重发，如是多次重发，则给出"声压测试计算模块出 错"的提示信息，否则再检测是否收到全部确认应答信号，如是，则判断频率个数τ变量是否 为0 (即要校正的频率个数是否测试完），如为0，则流程结束，如不等于0，则声压测试计算模 块的高速电子选择开关接向标准波发生器25,同时F = F-1，T = T-1，按事先规定的频率送出 第τ个频率控制字，即产生一个标准正旋信号
：运个是复信号，取它的虚部就正 旋信号，下同），然后判断F是否为-1，如为-1，则返回到检测τ是否为0,如不为0,则声学探头 阵列测试通道校正驱动机构V使标准声波生器25套在第F路的声学探头上，启动第F路的校 正，在同步脉冲同步下，采集Ν个数据，得出运个信号
的离散数据UF(n)，把运 个数据与与给定的频率控制字提供的标准信?
(标准声波生器是直接套在声学 探头上，声传播的距离r近似等于0,同时没有把信号放大，所W声波信号与激励相同，如果 信号放大了，加一个修正系数，算法是一样的，因为下面的通道幅值校正系数可W对幅值进 行校正，运里没有考虑声波产生器25中的压电片60的相位延迟，因为信号稳定后，运个相位 角很小，而且可W根据压电材料公式可W计算出，可W通过电路进行补偿，也可W通过算法 进行补偿，运里为了便于说明，先不考虑运个相位延迟，另外因为所有的相位角一般都一个 相对相位角，即相对声源参考位置的相位角，即利用每一个测试通道求得的相位角减去声 源参位置测试通道的相位角，由于是同一个压电片，所W压电片所产生的相位延迟就去掉 了）的离散信号Lt(n)互谱，同时对两个信号进行自谱，即得出该测试通道的延迟相位
，Τ为周期，μ 为信号延迟时间，a cos表示求反余旋，第f路是声源参考标位置的测试通道，它的延迟相位 为吟r通道幅值校正为系数3
τ为1到h。
[0042] 所述的声压实测计算步骤分流程为:实测声压计算流程开始，输入uu，noisei(n)， XFK(n)，其中1，F为0到f，K为1到P，然后W每一路测试通道的背景噪声noisei(n)为参考信号 输入，WxFK(n)作为源信号输入，确定自适应的步长，与权值的初值，利用自适应算法求出的 误差信号e(n)，就可得到每一路测试通道检测到的声源福射信号SFK(n)(该信号已经把背景 噪声信号剥离，变成较为干净的信号），其中F为0到f，K为1到P，然后对每一路测试通道采集 的第一组数据进行快速傅里叶变换即hFl = fft(SFl(n))，然后找出频域数据中波峰所对应 的频率与幅值大致估计值，然后利用能量重屯、法对频谱进行校正，即分别利用公式：
[0043]
[0044] 对频率与幅值进行校正，其4 Μ-般取1或2，Xk为快速傅里叶变换中频谱 9 图中k位置的复值谱，Kt为能量恢复系数，Kt的选取一般与窗函的选取有关，用化nning窗时 一般取8/3，δρτ为通道幅值校正系数，即测试通道校正分流程求得的通道幅值校正系数，从 而求得声源福信号在每一个测试通道上的频率分量声波的幅值Aft和频率WT，其中F为0到 f，T为1到m，N快速傅里叶计算的点数，该步结束后利用所求得的频率与幅值对每一个测试 通道的m个频率分量求相位角，即利用每一个通道得到的频率与幅值组成m个单频信号，即
送个信号离散化为gFT(n)，然后运m个单频信号分别与该通道的P组数据互 谱，利用信号正交为0,及能量不变原则，就可W求得该测试通道在该频率下声波信号在测 点的P组相位角：
[0045]
[0046] 其中F为0到f，K为1到P，τ为1到m。然后对变量UU进行判断，如果UU = 0，则
，其中F为惦化，κ为巧ljp，T为巧Ijm，如果UU声0,切
其中F为0到f，K为1到ρ，τ为巧ljm，At为P组数据相邻组数据组的采信间隔，然后该相位角加 测试通道相位补偿角，就得到声福射信号中每一个频率分量测点真实相位角，即 脚ν,Ψ?τ为声源参考位置测试通道的相位角，其中F为惦化，τ为巧Ijm，如要求出0 至lJf-1路测试通道相对于声源参考位置的相位角，可W用每一路测试通道的相位角减去声 源参考位置的相位角，运个相位角与时间无关，只与声波传播的距离有关，即：Πρτ= Ψρτ- Ψ?τ至此已全出全部测试通道每一个频率分量声波的相位、频率、幅值：ΠFτ、WFτ、AFτ，其中F 为0到f-Ι,τ为1到m，上面测试通道校正步骤分流程与声压实测计算步骤分流程都用到了变 量τ，其中通道校正流程τ为1到h，而且声压实测计算步骤分流程中τ为1到m，但是在实际测 量时，取h=m。
【主权项】
1. 一种复杂稳定声场声压测试装置，其特征在于该装置包括整个装置运动的驱动机构 I、声学探头阵列升降及旋转驱动机构II、声学探头阵列伸缩驱动机构III、声学探头阵列 IV、声学探头阵列测试通道校正驱动机构V、声源参考位置测量柱VI、点声源标准声波发生 器VII;所述整个装置运动的驱动机构I包括底座（2)、底座（2)下设有驱动轮（1)和万向轮 (30)，在底座(2)上设有电器控制箱(5)，底座(2)正中央处通过轴承套VIII(51)与声学探头 阵列升降及旋转驱动机构II的滑槽1(7)相连;所述声学探头阵列升降及旋转驱动机构II包 括滑槽1(7)，装在滑槽1(7)内的齿条1(8)，在滑槽1(7)靠近下端处设有步进电机D5,步进电 机D5通过齿轮I(26)与齿条I(8)相连，滑槽I (7)上还设有测距激光发射器II (6)，滑槽I (7) 的最下端通过齿轮副C(31)与步进电机D4相连，齿条1(8)上端靠近末段处设有测距激光接 收器11(9)，齿条1(8)的末端设有螺孔1(10)，通过螺栓与声学探头阵列伸缩驱动机构III的 滑槽II(12)相连;所述声学探头阵列伸缩驱动机构III，包括滑槽II (12)，装在滑槽II(12) 内的齿条11(13)，在滑槽11(12)的左端设有螺孔，通过螺栓与声学探头阵列升降及旋转驱 动机构Π 的齿条1(8)相连，滑槽II (12)左端设有步进电机D6,通过齿轮II (29)与齿条II (13)相连，齿条11(13)的右端设有螺孔11(15)，通过螺栓与声学探头阵列主固定臂（16)相 连，滑槽11(12)左端还设有测距激光发射器111(11)，齿条11(13)右端设有测距激光接收器 111(14)。2. 如权利要求1所述的一种复杂稳定声场声压测试装置，其特征在于所述声学探头阵 列IV包括声学探头阵列主固定臂（16)，声学探头阵列主固定臂（16)的下端设有螺孔，通过 螺栓与声学探头阵列伸缩驱动机构III的齿条11(13)相连，声学探头阵列主固定臂（16)上 设有螺孔，通过螺栓与多条声学探头阵列分固定臂（17)相连，声学探头阵列分固定臂（17) 的一端设有螺孔，通过螺栓与声学探头阵列主固定臂（16)相连，声学探头阵列分固定臂 (17)上设有固定声学探头（18)的通孔，声学探头阵列主固定臂（16)中下部位置通过螺孔与 螺栓与声学探头阵列测试通道校正驱动机构支撑支架（19)相连，该支撑支架，在通道校正 时连上，在声压实测时，不连支撑支架，声学探头阵列主固定臂（16)中下部位置还设有用于 检测声学探头阵列主固定臂（16)是否与声学探头阵列测试通道校正驱动机构支撑支架 (19) 相连的位置传感器K1，声学探头阵列主固定臂（16)的中部设有一个通孔(46)，用于测 试通道校正时固定声源参考位置声学探头(44)，同时通孔内设有一个用于检测声源参考位 置声学探头(44)是否位于通孔(46)内的位置传感器K3。3. 如权利要求1所述的一种复杂稳定声场声压测试装置，其特征在于所述声学探头阵 列测试通道校正驱动机构V包括方型框架(20)和标准声波产生器三维运动控制机构，方型 框架(20)左右两条边内侧设有滑槽III (52 )，所述标准声波产生器三维运动控制机构包括 使标准声波产生器(25)做上下运动的横杆(22)，横杆(22)左右两端分镶嵌于方型框架(20) 左右两条边的滑槽111(52)内，横杆(22)中部设有通孔，通过轴承套IV(47)与丝杆1(21)相 连，丝杆1(21)下端通过轴承套111(37)与方型框架（20)的下边相连，并且穿过方型框架 (20) 的下边与齿轮副F(38)相连，丝杆1(21)上端通过轴承套V(48)与方型框架(20)的上边 相连，方型框架(20)下边还设有步进电机D8,通过齿轮副F(38)与丝杆1(21)相连，横杆(22) 横向中央设有滑槽IV(53)，滑槽IV(53)内设有丝杆11(23)，丝杆11(23)左右端分别通过轴 承套1(33)、轴承套VI(49)与横杆(22)两侧端相连，横杆(22)左端设有步进电机D7,通过齿 轮副D (34)与丝杆II (23)相连，另外丝杆II (23)还通过轴承套VII (50)与控制声波产生器做 平面运动的小车相连。4. 如权利要求3所述一种复杂稳定声场声压测试装置，其特征在于所述的控制声波产 生器做平面运动的小车包括纵向杆（24)，纵向杆（24) -端设有轴承套VII(50)与丝杆II (23)相连，纵向杆（24)纵向中央设有滑槽V(54)，滑槽V(54)内设有丝杆III (32)，丝杆III (32)两端通过轴承套IX(55)、轴承套11(35)与纵向杆(24)两端相连，丝杆111(32)还通过轴 承套与标准声波产生器(25)相连，纵向杆(24)前端还设有步进电机D9,通过齿轮副E(36)与 丝杆111(32)相连。5. 如权利要求1所述一种复杂稳定声场声压测试装置，其特征在于所述整个装置运动 的驱动机构I的底座(2)下其中一个驱动轮（1)附近设有驱动其运动的步进电机D1，步进电 机D1通过齿轮副A(27)与该驱动轮(1)相连，底座(2)下的另一个驱动轮(1)的一侧设有驱动 其运动的步进电机D2,步进电机D2通过齿轮副B(28)与该驱动轮（1)相连，底座(2) -侧还设 有控制其运动方向的电磁检测机构(57 )，底座(2)上设有一个步进电机D3，通过齿轮与量角 器传感器1(3)相连，量角器传感器1(3)上设有测距激光接收器1(4)。6. 如权利要求1所述一种复杂稳定声场声压测试装置，其特征在于所述的声源参考位 置测量柱VI包括拉伸杆(43)、支撑杆(42)、声源参考位置测量柱基座(45)，支撑杆(42)-端 与声源参考位置测量柱基座(45)相连，另一端与拉伸杆(43)相连，拉伸杆(43)上设有通孔 (56)，用于固定声源参考位置声学探头(44)，通孔(56)中还设有一个用于检测声源参考位 置声学探头(44)是否位于声源参考位置测量柱VI的位置传感器K2,支撑杆(42)上还设有紧 固螺栓(39)，用于固定拉伸杆(43)，声源参考位置测量柱基座(45)上设有步进电机D10,步 进电机D10通过齿轮与量角器传感器11(40)相连，量角器传感器11(40)上设测距的激光发 射器1(41)。7. 如权利要求3所述一种复杂稳定声场声压测试装置，其特征在于所述的标准声波发 生器(25)包括基体(61)、压电片(60)、吸声筒(58)、声学探头固定弹性橡胶圈（59)，压电片 (60)与外加激励信号相连，吸声筒(58)位于基体(61)内，吸声筒(58)上端贴近压电片(60)， 下端与声学探头固定弹性橡胶圈（59)相连。8. 如权利要求1所述一种复杂稳定声场声压测试装置，其特征在于点声源标准声波发 生器(62)包括一只特制的扬声器。
【文档编号】G01H17/00GK205670046SQ201620140213
【公开日】2016年11月2日
【申请日】2016年2月22日
【发明人】伍松, 李俞霖, 向宇
【申请人】广西科技大学